Tam Hiệp nằm ở phần phía Bắc huyện Thanh Trì, tiếp giáp với phường Hoàng Liệt quận Hoàng Mai. Phía Tây Bắc giáp xã Thanh Liệt, phía Tây Nam giáp xã Tả Thanh Oai, phía Nam giáp xã Vĩnh Quỳnh, phía Đông giáp thị trấn Văn Điển (đều là các xã và thị trấn của huyện Thanh Trì). Trên đất xã Tam Hiệp có con sông Tô Lịch chảy ngang qua từ phía xã Thanh Liệt sang phía thị trấn Văn Điển. Phía Nam của xã là đường 70 Văn Điển-Hà Đông (đối diện với nghĩa trang Văn Điển).

Tam Hiệp ngày nay gồm các thôn: Huỳnh Cung, Tựu Liệt, Yên Ngưu.

Trên địa bàn xã có nhà máy Phân lân Văn Điển, nhà máy Pin Hà nội, nhà máy Gạch Đại la, Bệnh viện K, Bệnh viện Đa khoa Thăng long.